TEMA 2 - Regulación Homeostática PDF

Preview

Summary

Tema 2 ...

Description

TEMA 2 - REGULACIÓN HOMEOSTÁTICA La homeostasis mantiene el estado interno del organismo. Existen sistemas fisiológicos complejos para controlar y mantener determinados niveles de calor, agua y alimentos en el organismo. Características de los sistemas homeostáticos: - Redundancia: existen diferentes métodos para mantener el equilibrio. - La conducta del organismo permite la regulación de los niveles fisiológicos (conducta reguladora). - El sistema nervioso utiliza una variedad de mecanismos neurales y hormonales para mantener los valores críticos.

Los organismos vivos necesitan regular la temperatura corporal • Formas de regulación de la temperatura: - Animales poiquilotérmicos o exotermos (anfibios, reptiles, peces): consiguen controlar su temperatura mediante cambios conductuales (actividad física, locomoción) y del medio exterior. - Animales homeotérmicos o endotermos (mamíferos, aves): producen una serie de cambios fisiológicos, que incluyen el incremento del metabolismo y de la actividad muscular. La temperatura corporal de mamíferos y aves se mantiene constante entre los 37º y los 41º porque tiene 2 ventajas: - Permite a estos animales mantener calientes sus músculos, independientemente de la temperatura del medio externo. - Las reacciones químicas que se producen en una célula requieren un rango de temperatura alrededor de 37º (a partir de los 41º las proteínas empiezan a perder sus propiedades).

Estrategias para enfriar el cuerpo • Encontrar un lugar más frío. • Quitarse la ropa o disminuir el grosor del pelo. • Realizar menos actividad, evitando el sobrecalentamiento. • Enviar más sangre a la piel para que se enfríe. • Sudar. El hipotálamo lateral controla la regulación conductual de la temperatura. La región preóptica controla las respuestas fisiológicas autónomas (vasoconstricción, temblor, etc.). Estrategias para calentar el cuerpo • Encontrar un lugar más cálido. • Aumentar el aislamiento (ponerse ropa). • Acurrucarse con otros individuos. • Reflejo pilomotor (“piel de gallina”). • Disminuir  el flujo sanguíneo de la piel, protegiendo los órganos vitales. • Desarrollar más actividad, generando más calor. • Temblar (generando calor sin movernos) • Aumentar  la tasa metabólica en el tejido graso para generar más calor ● ●

Vía Nerviosa: Centro cardio-vascular, respiratorio y el erizamiento del pelo. Vía Hormonal: Liberación de tirotropina que estimula hipófisis, liberando hormona tiroidea (tiroxina) que provoca aumento metabolismo celular (actúa sobre mitocondrias).

Control cerebral de la temperatura: el papel del hipotálamo • La manipulación de la temperatura del hipotálamo parece influir sobre la temperatura corporal. • Sus neuronas responden ante cambios en la temperatura cerebral y recogen información de termo-sensores situados en diferentes partes del cuerpo (piel). Dos regiones del hipotálamo para dos formas de termorregulación • El hipotálamo  lateral controla la regulación conductual de la temperatura. • La región preóptica controla las respuestas fisiológicas autónomas (vasoconstricción, temblor, etc.). Probablemente, existen varios sistemas para la termorregulación • La termorregulación parece estar controlada por diferentes sistemas que son capaces de detectar cambios en diversos rangos de temperaturas.

Equilibrio homeostático entre los fluidos • En situaciones normales, el fluido intersticial es isotónico 0.9% (0.9 g de NaCl/100 ml) con respecto al intracelular (situación de equilibrio homeostático). • El cambio en la concentración de solutos en los líquidos (tonicidad) produce situaciones de peligro para las células (posibilidad de muerte celular). • La pérdida de agua convierte al líquido intersticial en hipertónico (exceso de sal) y provoca la salida de agua del líquido intracelular (ósmosis). • La entrada de agua en el cuerpo convierte al líquido intersticial en hipotónico y provoca la entrada de agua en el líquido intracelular.

La angiotensina en el cerebro desencadena la conducta de beber • Experimentos en ratas han mostrado que la inyección  de a  ngiotensina en el área preóptica del hipotálamo desencadena la conducta de beber. El órgano subtrigonal regulador de la sed • Las neuronas del órgano subfornical o subtrigonal responden ante la inyección de angiotensina; por tanto, lo convierten en un posible centro regulador de la conducta de beber.

Sed osmótica: aumento de sal en el cuerpo • La  respiración, el sudor y la orina, además de reducir el nivel de líquido extracelular, provocan un aumento en la concentración de sal.

• La inyección de una solución hipertónica (alta concentración en sal) en el hipotálamo desencadena la conducta de beber en los animales. • Algunas  neuronas del hipotálamo podrían actuar como osmorreceptores. Los órganos circunventriculares poseen receptores de osmolaridad • Estas regiones cerebrales están situadas en las paredes de los ventrículos cerebrales y representan un “punto débil” de la barrera hematoencefálica.

Los órganos circunventriculares regulan la sed osmótica • Registros electrofisiológicos han revelado que existen neuronas sensibles a cambios de la presión osmótica en varios órganos circunventriculares, en particular, el órgano vascular de la lámina terminal (OVLT). • Las neuronas del órgano subfornical o subtrigonal (OST) responden ante la inyección de angiotensina, lo que lo convierte en un posible centro regulador de la conducta de beber. • La lesión del OST también reduce el consumo de alcohol. Existe también una regulación del consumo de sal • El agua del compartimento extracelular contiene solutos (Na+) y se ha de mantener el número de iones para evitar que el agua invada el interior de las células. • La aldosterona es una hormona secretada por la glándula suprarrenal que permite la retención del Na+.

Homeostasis: hambre y control de la ingesta • El proceso de comer - Fases: digestión, almacenamiento, metabolismo. - Fuentes de energía. - Transformación de energía durante el metabolismo: el papel de la insulina. - Utilización de la energía mediante glucosa. • ¿Cómo se origina la sensación de hambre? - Teorías glucostática y lipostática. - Actividad gastrointestinal y hambre. - Detección de insulina en el cerebro: el caso de la diabetes. - Otros péptidos implicados en la detección del hambre: el  papel de la colecistoquinina (CCK). • Centros cerebrales que intervienen en la regulación del hambre y la saciedad - Hipotálamo ventromedial e hiperfagia. - Hipotálamo lateral y afagia. Obtenemos energía de los alimentos ingeridos • No utilizamos toda la energía que ingerimos:

-

En el caso de las ratas de laboratorio se excreta el 25% de la energía total ingerida.

• La energía disponible se utiliza en las siguientes actividades: - Procesamiento de la comida ingerida (8%). - Metabolismo basal (55%): mantenimiento del calor corporal y otras funciones. - Procesos conductuales (12-13%). Tasa metabólica, peso corporal e ingesta calórica El peso corporal guarda una estrecha relación con el metabolismo basal. Sin embargo, deben existir otros factores, porque como indica la gráfica, la reducción de la ingesta calórica afecta más al metabolismo basal que al peso corporal.

La obtención de glucosa Parte de la glucosa extraída de los alimentos se utiliza para cubrir las necesidades energéticas y otra parte se almacena para su uso posterior. La insulina permite el transporte de glucosa al  interior celular y el almacenamiento  en el hígado en forma de glucógeno.

Cuando disminuye el nivel de glucosa en sangre por consumo, se inhibe la liberación de insulina pancreática y se libera glucagón, que convierte el glucógeno hepático de las reservas en glucosa para cubrir las necesidades energéticas. Los órganos del sistema digestivo están inervados por el nervio vago El hígado envía, mediante las aferencias del nervio vago, información sobre el nivel de glucosa y ácidos grasos al núcleo del tracto solitario (NTS). Desde el NTS la información se envía a otras regiones, como el hipotálamo. El NTS envía eferencias mediante el nervio vago hacia el páncreas para liberar insulina o glucagón dependiendo del momento de la digestión.

¿Qué señales recibe el cerebro para detectar el hambre? • Contracciones estomacales. - Algunos autores propusieron que la señal del hambre procede de las contracciones estomacales. Sin embargo, los individuos sin estómago también tienen hambre. • Descenso del nivel de glucosa (TEORÍA GLUCOSTÁTICA). - Existe una relación  entre los niveles de glucosa en sangre y la sensación de hambre. - La glucoprivación (p.e., inyección de 2-desoxiglucosa provoca hambre). - Existen detectores de glucosa en el hígado (NTS), el cerebro y otros órganos internos. • Descenso del nivel de lípidos (TEORÍA LIPOSTÁTICA). - La lipoprivación (p.e., mediante sustancias que impiden el metabolismo de los ácidos grasos) provoca un aumento de la ingesta. - Señales del tejido adiposo (saciedad a largo plazo): leptina. Nivel de insulina: ¿señal de hambre y saciedad? • Se ha sugerido que los niveles de insulina podrían actuar como señales para indicar hambre y saciedad al cerebro: - Altos niveles de insulina indican que hay alimento disponible y el cerebro genera sensación de saciedad. - Bajos niveles de insulina podrían señalizar al cerebro la sensación de hambre e inducir la búsqueda de alimento. - La diabetes implica una alteración en la producción de insulina - Estos pacientes comen con voracidad (aunque pierden peso), a pesar de los altos niveles de glucosa que presentan. - Este tipo de datos clínicos sugieren que la insulina podría ser la señal que utiliza el cerebro para iniciar la conducta de comer. • La inyección de un nivel moderado de insulina reduce la ingesta de comida de las ratas. Sin embargo, la inyección de gran cantidad de insulina no produce un efecto de saciedad, sino de voracidad en las ratas. El cerebro detecta los niveles de glucosa e insulina • Los órganos circunventriculares del cerebro contienen  células detectoras de glucosa. • El cerebro recibe información de los niveles de glucosa producidos por el hígado mediante la información procedente del núcleo del tracto solitario (NTS), que recibe aferencias del nervio vago. • Desde el NTS la información se envía a otras regiones, como el hipotálamo. • El NTS envía eferencias mediante el nervio vago hacia el páncreas para liberar insulina. • La insulina llega a las neuronas del hipotálamo gracias a un mecanismo de transporte que le permite atravesar la barrera hematoencefálica.

Hormonas peptídicas del intestino • El  estómago y otras partes del aparato gastrointestinal liberan péptidos. • Estos péptidos se liberan al torrente sanguíneo por la unión de la comida con los receptores gastrointestinales. • Funcionan como hormonas, sirviendo al cerebro de señales para la saciedad y el hambre: – Saciedad → colecistoquinina (CCK), PYY, leptina, - Inyecciones de CCK disminuyen la ingesta, mientras que agonistas de los receptores cerebrales incrementan la ingesta. – Hambre → grelina, galanina - Inyecciones de estos péptidos en el núcleo paraventricular provoca un incremento del hambre, reducen el metabolismo y aumentan la producción de grasa. Hormonas peptídicas del intestino: colecistoquinina (CCK) y PYY • La colecistoquinina (CCK) es una hormona que se libera ante la presencia de comida con alto contenido en grasas y proteínas. • La CCK podría actuar como señal de saciedad: - Actúa sobre el páncreas para estimular la liberación de insulina. - El nivel de CCK es alto cuando el alimento está en el intestino y bajo cuando no hay alimentos. - Los receptores de la CCK transmiten la presencia de alimento a través del nervio vago. • El péptido YY3-36 (PYY) es liberado por el intestino delgado después de una comida en cantidad proporcional a las calorías que se acaban de ingerir, produciendo saciedad actúa como NT en el cerebro. Grelina: ¿la nueva hormona del hambre?...¿y del crecimiento? • La hormona grelina se sintetiza, fundamentalmente, en células epiteliales del estómago (pero también en el hipotálamo y la hipófisis). • Además, se acopla a unos receptores de la hipófisis anterior, provocando la estimulación de la hormona del crecimiento. • Al estimular al hipotálamo aumentan la sensación de hambre y reduce el metabolismo de grasas • Los niveles de grelina se encuentran alterados en pacientes con trastornos de alimentación: - Niveles reducidos en personas obesas antes de comer (luego no bajan). - Niveles altos en personas anoréxicas Señal enviada por el tejido adiposo (reservas a largo plazo): La leptina Las células adiposas secretan leptina, que es detectada por centros hipotalámicos. L  a leptina provoca la supresión de producción de neuropéptidos relacionados con el

incremento de la ingesta (p.e NPY), desencadenan sensaciones de hambre. La leptina es una hormona implicada en las señales de saciedad a largo plazo (“antiobesidad”). La leptina es una proteína involucrada en el cese de la conducta de comer. Otros péptidos pueden actuar en el cerebro como señales de saciedad: leptina • Ratones obesos por mutación del gen ob, comen más y transforman las calorías en grasas más eficazmente. • El gen se expresa en células grasas y codifica la proteína leptina (del griego leptos, ‘delgado’). • Hay relación entre los niveles de grasa y la leptina. • Inyecciones de leptina en ob/ob reducen la cantidad de comida ingerida y la grasa corporal. • La hormona actúa sobre receptores en el cerebro, inhibiendo la ingesta. ¿Existen centros cerebrales reguladores del hambre y la saciedad? Hipótesis de los dos centros en el control de la ingesta de comida • Tradicionalmente, se ha considerado que existen dos regiones hipotalámicas que regulan las sensaciones de hambre y saciedad: - Hipotálamo lateral (LH) que facilita la conducta de comer (centro del hambre). - Hipotálamo ventromedial (VMH) que inhibe la conducta de comer (centro de la saciedad La lesión del hipotálamo lateral induce afagia y adipsia Aunque, inicialmente, la lesión del hipotálamo lateral provoca una pérdida de peso del animal debido a su rechazo de la comida y la bebida, los efectos no son permanentes. Al cabo de unas semanas, se produce una recuperación de la conducta de comer y de beber.

LH: péptidos implicados en la regulación del hambre • En el LH se encuentran neuronas productoras de dos péptidos diferentes que incrementan la ingesta de comida y disminuyen el índice metabólico: -

Hormona concentradora de melanina (MCH).

-

Orexina (del griego orexis, “apetito”).

• Mutaciones en ratón dirigidas al gen MCH o contra la orexina provocan una reducción en la ingesta de alimentos. Los ratones con mutación contra MCH además presentan bajo peso corporal, mientras que los ratones con mutación contra la orexina se vuelven obesos en la vida adulta. • La acción de estos dos péptidos parece ser estimulada por inyecciones hipotalámicas (en el núcleo arqueado, sobre la base del tercer ventrículo) del neuropéptido Y (NPY), que es un potente estimulador de la ingesta de alimentos. • Otras sustancias implicadas en el hambre son la proteína relacionada con agouti (AgRP) (que actúa en conjunto con el NPY), la dopamina (las neuronas dopaminérgicas del VTA contienen receptores de grelina) y los endo-cannabinoides (aumentan los niveles de MCH y orexina).

La lesión del hipotálamo ventromedial y (NPV) induce hiperfagia Aunque es cierto que la lesión del hipotálamo ventromedial incrementa la ingesta de comida y facilita la obesidad,

estos datos muestran que el mecanismo de saciedad sigue funcionando durante los días de recuperación, posteriores a la lesión

La lesión del VMH altera la motivación para comer Las ratas con lesión en el hipotálamo ventromedial muestran una disminución en la motivación para conseguir alimento. Se observa un fenómeno parecido en humanos.

La lesión del VMH no impide la regulación del peso corporal Las ratas siguen regulando su peso corporal en función de la dieta después de la lesión en el hipotálamo ventromedial. Reinterpretación de la lesión del VMH A. El VMH no es el centro de la saciedad, sino un regulador del metabolismo. • La obesidad no se deriva de la hiperfagia (aumento de ingesta), sino de una alteración del metabolismo. • La lesión del VMH aumenta los niveles de insulina: - Aumenta la lipogénesis (producción de grasa corporal). - Disminuye la lipólisis (descomposición de la grasa en energía).

¿Cuál es la razón de la hiperfagia en las ratas con lesión del VMH? Es muy probable que la lesión del hipotálamo ventromedial provoque un aumento en la liberación de insulina, que tiende a estimular la conducta de comer.

También es probable que la lesión provoque alteraciones en el núcleo paraventricular que recibe aferencias del nervio vago.

La lesión del núcleo paraventricular también provoca hiperfagia VMH: péptidos implicados en la regulación de la saciedad • La leptina (hormona segregada por el tejido adiposo) se une a las neuronas del núcleo arqueado (NPY/AgRP) inhibiéndolas (lo que, a su vez, provoca una diminución de la liberación de MCH y hormonas orexinérgicas en el LH). • El núcleo arqueado contiene otro sistema de neuronas que segregan dos péptidos anorexinérgicos: -

-

El CART (transcripción regulada por cocaína y anfetamina), que inhibe las neuronas de MCH y de orexina, aumenta el índice metabólico mediante las conexiones con el núcleo paraventricular y tiene receptores de leptina. La hormona  alfa-melanocito estimulante ( -MSH), que inhibe la alimentación.

Las lesiones del VMH y LH alteran el valor fijo de regulación del peso RESUMEN • Las lesiones del hipotálamo lateral (LH) parecen reducir el punto de equilibrio natural para la regulación del peso corporal. Por ello, las ratas con lesión en LH presentan una reducción de peso. • Las lesiones del hipotálamo ventromedial (VMH) parecen aumentar el punto de equilibrio natural para la regulación del peso corporal. Por ello, las ratas con lesión en VMH presentan un aumento de peso. Conclusiones sobre el hambre • La ingesta de comida permite el suministro de energía para sobrevivir y funcionar correctamente. • Existen diversas sustancias que podrían regular la conducta de ingesta y su cese (saciedad): insulina, colecistoquinina (CCK), leptina, grelina neuropéptido Y. • El hipotálamo lateral parece estar involucrado en la estimulación de la conducta de comer; mientras que el hipotálamo ventromedial participa en su inhibición. Trastornos de la conducta alimentaria en humanos • Anorexia nerviosa

-

Se caracteriza principalmente por la auto-inanición (rechazo de la comida) y la pérdida excesiva de peso.

• Bulimia nerviosa - El aspecto central es la presencia de atracones, seguidos de sentimientos de culpa, vergüenza, fracaso, ansiedad y una desagradable sensación de plenitud. • Obesidad - Exceso de grasa corporal acompañada, generalmente, por un incremento del peso del cuerpo. Epidemiología y características clínicas de la anorexia nerviosa • Afecta al 0.5-1% de la población (en la población adolescente esta proporción es mayor) y mayoritariamente a mujeres. • Las edades de inicio más frecuentes suelen estar entre los 13 y 18 años. • La constante preocupación por mantener un peso corporal bajo (generalmente, un 15% menos del peso normal que se mide de acuerdo a la estatura y edad de la persona). • Miedo intenso al aumento de peso y la obesidad. • Imagen corporal distorsionada. • Pérdida de tres períodos menstruales consecutivos (amenorrea). • Extrema preocupación por el peso y la figura. Epidemiología y características clínicas de la bulimia nerviosa • Del griego boulimia, ‘mucha hambre’. • Afecta entre 1-3% de la población y, mayoritariamente, a mujeres. • Las edades de inicio más frecuentes están entre los 18 y los 22 años. • Los atracones se caracterizan por: - Un consumo rápido de gran cantidad de comida (normalmente ‘comida basura’) en un periodo corto de tiempo (p.e., 2 horas). ...